III. METODOLOGI PENELITIAN A. Tempat dan Waktu Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Teknik Energi Terbarukan Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor dan di daerah Kebon Pedes Bogor. Penelitian ini telah dilaksanakan dari bulan Maret 2010 sampai Januari 2011. B. Diagram alir penelitian Mulai Rancang bangun tangki portable Rancang bangun pompa manual termodifikasi Uji fungsional Uji kinerja Kajian tekno-ekonomi pemanfaatan tangki Analisis data Pelaporan hasil Selesai Gambar 3. Diagram alir penelitian 12
C. Bahan dan Alat Bahan dan alat yang akan digunakan antara lain: C.1. Bahan Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah biogas yang diambil dari peternakan sapi perah di kebon Pedes-Bogor, Jawa Barat. C.2. Alat Peralatan utama yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: Alat uji - Tangki portable hasil rancangan - Foot pump sistem tabung ganda - Kompor gas Alat ukur - Pressure Gauge yang biasa dipakai untuk pengecekan tekanan pada ban mobil atau ban sepeda motor. - 1 unit recorder CHINO model al 3765-N00-2 unit termokopel tipe cc - Alat ukur waktu, alat ukur panjang dan alat tulis D. Prosedur Kerja D.1. Rancang bangun tangki portable Pada bagian ini, dilakukan perancangan dan pembuatan tangki - Perancangan dilakukan dengan terlebih dahulu penelitian sederhana terhadap bahan yang digunakan untuk tangki. - Uji kemampuan maksimal tangki dalam menerima tekanan yang diberikan. - Mengukur kapasitas maksimal tangki melalui pengisian gas. - Uji penyimpanan tangki, untuk melihat hubungan antara lama waktu penyimpanan dengan kemampuan tangki untuk menjaga tekanan awal yang diberikan. D.2. Rancang bangun pompa manual termodifikasi Pada bagian ini akan dilakukan penelitian terhadap: - Perancangan/modifikasi pompa pengisian dari biodigester ke tangki portable. - Penyesuaian tangki portable dengan biodigester di lokasi implementasi. Pengujian dilakukan di biodigester yang telah terinstalasi di Kebun Pedes, Bogor. Rancangan pompa akan didasarkan dari segi kenyamanan pengguna dan effisiensi pemompaan yang tercipta. Pada prinsipnya, rancangan pompa akan mengikuti mekanisme pompa udara sistem hidrolik dengan modifikasi yang diperlukan. 13
D.3. Uji fungsional Uji fungsional dilakukan dengan tujuan mengetahui apakah hasil rancang bangun dapat berfungi sesuai tujuan rancang bangunnya. Uji fungsional dilakukan terhadap hasil rancang bangun pompa manual termodifikasi dan tangki portable. Uji fungsional pada pompa manual termodifikasi meliputi pemeriksaan saluran input udara pada pompa dan pemeriksaan gerak kerja pedal pompa, serta saluran output udara pompa. Pada tangki portable sendiri dilakukan pemeriksaan katup/pentil tangki. Pemeriksaan terhadap badan tangki terhadap lubang yang dapat menimbulkan kebocoran, serta pemeriksaan terhadap kekuatan selimut pelindung tangki dalam menahan tekanan biogas yang diiinjeksikan. D.4. Uji kinerja Uji kinerja dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui kinerja pompa dan tangki portable hasil rancangan. Untuk mengukur kinerja pompa termodifikasi dilakukan uji pemompaan, sedangkan untuk tangki portable dilakukan uji tekanan maksimal tangki, uji penyimpanan dan uji pembakaran. Uji tekanan maksimal tangki Pada uji tekanan maksimal tangki, dilakukan pemompaan biogas dari digester ke tangki portable. Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui berapa besar tekanan maksimal yang mampu diterima oleh tangki portable. Prosedur yang dilakukan pada uji tekanan maksimal tangki berupa menginjeksikan biogas secara terus-menerus sampai tangki portable mengalami kerusakan berupa robeknya kain terpal karena tidak mampu lagi menahan laju perkembangan volume ban. Setelah itu dicatat tekanan biogas dalam tangki ketika tangki mengalami kerusakan. Dari data tersebut dapat ditentukan batas maksimal tekanan biogas yang dapat diinjeksikan kedalam tangki. Uji pemompaan Pada uji pemompaan, dilakukan pemompaan biogas dari digester ke tangki portable. Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui berapakah frekuensi injakan pompa untuk mencapai tekanan 10 Psi dalam tangki portable. Prosedur yang dilakukan pada uji pemompaan adalah: - Hubungkan selang input pada pompa ke digester dan selang output ke tangki portable. - Lakukan pemompaan biogas. - Catat waktu pemompaan dan frekuensi pemompaan tiap kenaikan 1 Psi. - Pemompaan dilakukan sampai tekanan dalam tangki portable mencapai 10 Psi. - Buat tabel hubungan antara frekuensi kumulatif pemompaan dengan tekanan dalam tangki portable. Uji penyimpanan Pada uji penyimpanan, akan dilakukan penyimpanan terhadap tangki portable yang berisi penuh biogas. Pengujian ini dilakukan untuk melihat adakah pengaruh penyimpanan terhadap keadaan biogas dan tangki portable. Prosedur yang dilakukan pada uji penyimpanan adalah: - Pengisian tangki portable. Tangki diisi sampai tekanan 10 Psi. - Catat suhu lingkungan dan tekanan awal tangki portable - Lakukan prosedur pengambilan data setiap pukul 09.00, 12.00, dan 18.00 WIB. 14
Uji pembakaran Pada bagian ini akan dilakukan uji pembakaran, uji sederhana melalui pemasakan air menggunakan kompor gas sederhana yang telah mengalami sedikit modifikasi. Metode percobaan : - Persiapan kompor gas, mengintegrasikan tangki portable dengan kompor. Melalui selang gas yang terhubung. - Pengukuran massa awal air dengan menggunakan timbangan digital. - Setelah diukur massa air, air dimasukkan kedalam panci. Termokopel dimasukkan melalui lubang ditengah tutup panci dan diposisikan tepat ditengah ketinggian air. Kemudian panci diisolasi menggunakan solasiban. Termokopel kedua ditempatkan menggantung diudara untuk mengukur suhu lingkungan. - Diukur suhu awal air dan suhu lingkungan dengan menggunakan recorder. - Diukur volume awal tangki menggunakan meteran. - Katup pada tangki dibuka penuh, sementara katup kompor dibuka setengah, kemudian api dinyalakan dengan cara disulut menggunakan korek api. - Diukur suhu air, suhu lingkungan dan penurunan tekanan setiap 2 menit menggunakan pressure gauge dan pengukuran volume tangki setiap 4 menit menggunakan meteran. - Pengukuran dihentikan setelah air mencapai titik didih. Ada 3 jenis perlakuan pada uji pembakaran ini: - Perlakuan I: Uji pembakaran dengan memanaskan air sebanyak satu liter hingga mencapai titik didih. - Perlakuan II: Uji pembakaran dengan memanaskan air sebanyak satu liter, dimana terlebih dahulu dilakukan perlakuan penyimpanan tangki selama satu minggu. Perlakuan ini untuk melihat hubungan antara lama penyimpanan dengan dengan kualitas pembakaran pada saat perebusan air dilakukan. - Perlakuan III: Uji pembakaran dengan memanaskan air sebanyak 5 liter hingga derajat tertinggi yang dapat dicapai selama proses hingga gas dalam tabung tidak dapat lagi keluar. Hal ini untuk mengukur kemampuan maksimal pembakaran. Gambar 4. Skema pengukuran volume tangki 15
D.4. Kajian tekno-ekonomi pemanfaatan tangki Kajian tekno-ekonomi bertujuan untuk menganalisis tingkat kelayakan penggunaan tangki portable sebagai media penampung biogas. Kajian dilakukan dengan cara menghitung biaya investasi pembangkit biogas tipe india 9 m 3, menghitung biaya operasional dan perawatan dan biaya peralatan tambahan yang meliputi biaya investasi pompa termodifikasi dan tangki portable, serta menghitung biaya per-unit output biogas dan membandingkannya dengan biaya per-unit output yang dikeluarkan jika menggunakan tabung gas elpiji 3 kg. Biaya investasi Biaya investasi pembangkit biogas meliputi: - Biaya bahan konstruksi seperti semen, pasir, bata, pipa, lembaran besi, dan lain-lain. - Ongkos pembuatan. - Biaya tak terduga, sebesar 10%. - Biaya pembuatan pompa manual. - Biaya pembuatan tangki portable. Biaya operasional dan perawatan - Biaya pengecatan gas holder. Pengecatan gas holder dilakukan 2 tahun sekali, biaya ini hanya ada pada model India A. - Biaya menguras dan mengisi kembali digester. Pengurasan digester dilakukan 2 tahun sekali. - Biaya pengantian komponen pembangkit biogas. Gas holder logam diganti tiap 10 tahun, perlengkapan tambahan diganti tiap 5 tahun. - Biaya perbaikan digester. Biaya ini berupa cadangan untuk perbaikan bila ada kerusakankerusakan kecil atau kebocoran. Besarnya biaya ini adalah 2 % dari biaya investasi untuk pembangkit biogas mobel India B, model BIP-Banpres dan model Janata, dan 1 % dari biaya investasi untuk model India A. Biaya peralatan tambahan Peralatan yang dimaksud adalah peralatan yang digunakan untuk mempertahankan tekanan biogas pada penampung gas dengan cara memompakan biogas yang dihasilkan dalam digester. Peralatan ini berupa pompa, regulator, katup, dan tangki portable penampung gas. Hasil Biogas Dalam studi ini nilai ekonomi biogas dihitung dengan cara membuat perbandingan antara biogas yang disetarakan dengan LPG. 16